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龙图腾网获悉武汉理工大学三亚科教创新园申请的专利基于自适应视线制导和模糊自适应PID的船舶路径跟踪方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119861550B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-10发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202510344221.9，技术领域涉及：G05B11/42；该发明授权基于自适应视线制导和模糊自适应PID的船舶路径跟踪方法是由陶龙飞;罗亮;张稼瑞;吴浩;肖雨晴设计研发完成，并于2025-03-24向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于自适应视线制导和模糊自适应PID的船舶路径跟踪方法在说明书摘要公布了：本发明属于船舶路径跟踪技术领域，公开一种基于自适应视线制导和模糊自适应PID的船舶路径跟踪方法，先预设路径点，得实时坐标；获取实际期望航向角和船舶观测艏向角，将其相减得航向偏差，并计算航向偏差率；将航向偏差、航向偏差率输入模糊自适应PID运动控制模块，由模糊控制算法输出增益参数；将增益参数和输入PID控制器计算船舶舵角；将输入运动数学模型更新运动状态，形成闭环更新运动状态使船舶靠近预设路径点；更新完状态信息后对船舶路径进行判断。本发明通过自适应视线制导实时计算船舶期望航向和调节船舶侧滑角度和船舶控制参数，并借助模糊自适应PID运动控制模块实时自动调整控制参数以达到精准运动控制，使船舶按预设规划路径行驶。

本发明授权基于自适应视线制导和模糊自适应PID的船舶路径跟踪方法在权利要求书中公布了：1.一种基于自适应视线制导和模糊自适应PID的船舶路径跟踪方法，其特征在于，包括：步骤S1，预设路径点，通过船舶运动数学模型得到船舶的实时坐标和实时的船舶艏向角；S11，建立惯性坐标系O0-X0Y0和随船坐标系o-xy来描述船舶在海上的运动，其中，O0-X0Y0与海面上某一水平面重合，O0是海面上某一参考点，O0-X0轴指向正北方向，O0-Y0轴指向正东方向；o-xy随船坐标系固定于船身，o为船舶重心，ox轴为船舶重心指向船艏，oy轴为船舶重心指向右舷；定义船舶状态变量的公式为： ；式中、和分别为惯性坐标系下船舶的北向位置、东向位置和艏向，u为船舶沿纵荡方向的纵向速度，v为沿横荡方向的横向速度，r为船舶艏摇的航向角速度，U为船舶的真实速度，计算公式为，为船舶航向角；其中，船舶航向角由船舶侧滑角与船舶艏向角组成，则船舶航向角的计算公式为： ；式中船舶侧滑角的公式为；其中，为随船坐标系到惯性坐标系的转换矩阵，转换矩阵的公式表示形式为： ；S12，将水面无人船舶运动学模型简化为三自由度船舶运动数学模型，得三自由度船舶运动数学模型的公式为： ；其中，M为船舶的质量和惯性矩阵，定义矩阵M的公式为： ；式中m为船舶的质量，为船舶的转动惯量，为船舶重心在船体坐标系中的位置，、、、、为附加质量和附加惯性矩；其中，横向力项、纵向力项、横向力矩项的计算公式分别为： ； ； ；式中、、、、、、、、、、、、参数为船舶的水动力导数，为螺旋桨推进力，为外部干扰，为船舶舵角；S13，结合上述公式推导，完整的船舶运动数学模型公式表示为： ；根据船舶运动数学模型，对和进行计算获取船舶的实时坐标，并获取实时的船舶艏向角；步骤S2，通过自适应视线制导策略计算得到船舶的实际期望航向角；S21，当船舶沿着连接水平面上的路径点Pn和Pn+1的预设路径行驶时，船舶当前位置距离预设路径的沿航迹误差和横向航迹误差的计算公式为： ； ；其中，是在X0轴方向上船舶当前位置与下一个位置之间的距离差，是在Y0轴坐标方向上船舶当前位置与下一个位置之间的距离差，是预设路径与X0轴所形成的夹角；S22，通过减少船舶实时位置与预设路径的横向跟踪距离来达成路径跟踪控制目标，即不考虑沿航迹误差，则横向航迹误差趋近于0，横向航迹误差的计算公式为： ；S23，引入自适应视线制导策略系统，将船舶横向航迹误差转换为船舶期望航向角；船舶的视线矢量是从当前位置开始，到预设路径上的视线距离处的点结束，视线矢量穿过预设路径与惯性坐标系X0所形成的角度,即为船舶制导过程中所需的期望航向角，则期望航向角的计算公式为： ；式中船舶期望航向角是由预设路径相交于X0所形成的夹角与视线矢量和预设路径所形成的夹角所组成；S24，船舶在实际航行中除因纵荡运动产生的速度u还发生因横荡运动产生的速度v，使得船舶的实际运动方向与航向产生角度偏差，即为船舶侧滑角，则船舶的实际期望航向角公式为： ；式中精确的船舶侧滑角的计算公式为，为船舶真实艏向角；实际的船舶真实艏向角与船舶测量艏向角之间存在噪声偏差，其计算公式为： ；因船舶在跟踪过程中只能获得观测艏向角，所以在船舶完成跟踪任务时，则有船舶测量航向角等于期望航向角，即，此时得到船舶观测艏向与船舶实际航向之间的侧滑角，将其定义为船舶广义侧滑角，其公式为： ；S25，通过自适应视线制导策略更精确地求解实际船舶期望角的公式为： ； ；其中，代表船舶的真实速度且，是自适应增益，是船舶预设路径上的视线距离；步骤S3，将船舶艏向角与实际期望航向角相减得到航向偏差，同时计算得出航向偏差率；步骤S4，将航向偏差、航向偏差率输入进模糊自适应PID运动控制模块中，由模糊控制算法实时输出PID控制器的三个增益参数、和；S41，基于偏差和误差变化率两个输入量和一个输出量建立参考模型控制器；借助控制器确定隶属函数，选择平滑且连续的高斯形状隶属函数作为输入量，输出量则在正负区域内的模糊集隶属函数范围内，则用高斯函数输出三个隶属函数模糊变量、和；S42，建立相应的模糊控制规则，通过模糊推理和逻辑推理规则获取模糊控制信息，再通过应用模糊输入量和控制规则，借助模糊推理机求解模糊关系方程，得到三个增益参数模糊量、和；S43，通过面积中心法将增益参数模糊量转换为理论领域范围内的清晰的增益参数、、，最后绘制出完整的、由三个增益参数、、推理输出的特性曲面；步骤S5，将三个增益参数、和，以及航向偏差输入模糊自适应PID运动控制模块的PID控制器中，计算后输出船舶舵角；将航向偏差以及三个增益参数、和输入PID控制器中，经过比例、积分、微分环节后得到舵角的公式为： ；式中，表示控制器的比例增益、表示控制器的积分增益、表示控制器的微分增益；步骤S6，将船舶舵角输入船舶运动数学模型中计算输出或更新船舶的下一时刻运动状态，形成闭环不断更新下一时刻的船舶状态使船舶不断靠近预设路径点；步骤S7，在更新完船舶运动状态信息后判断是否到达预设路径点：（1）若未达到预设路径点则返回自适应视线制导策略环节继续完成路径跟踪任务流程；（2）若达到预设路径点则判断当前路径点是否为预设路径最后一坐标点：①若不是预设路径最后一坐标点则切换下一路径点继续路径跟踪任务；②若是预设路径最后一坐标点则结束流程完成路径跟踪任务。

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